Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава



Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава
Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава
Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава
B33Y30/00 -
B33Y30/00 -
B33Y30/00 -
B33Y30/00 -
B33Y10/00 -
B33Y10/00 -
B33Y10/00 -
B33Y10/00 -
B22F2301/205 - Порошковая металлургия; производство изделий из металлических порошков; изготовление металлических порошков (способы или устройства для гранулирования материалов вообще B01J 2/00; производство керамических масс уплотнением или спеканием C04B, например C04B 35/64; получение металлов C22; восстановление или разложение металлических составов вообще C22B; получение сплавов порошковой металлургией C22C; электролитическое получение металлических порошков C25C 5/00)

Владельцы патента RU 2709694:

Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") (RU)
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) (RU)

Изобретение относится к изготовлению высокоточной заготовки из порошка титанового сплава. Способ включает послойное выращивание заготовки на установке прямого лазерного выращивания с использованием данных 3D-модели заготовки в программном обеспечении или внесенных оператором данных программы вручную с пульта оператора, фокусировку лазерного излучения в герметичной рабочей камере в зоне обработки порошка с помощью оптической системы лазерной головки, подачу порошка в зону воздействия лазерного излучения и послойное наплавление слоев заготовки из порошка посредством перемещения осциллированного лазерного излучения. Послойное наплавление слоев заготовки из порошка ведут в заполненной аргоном до избыточного давления герметичной рабочей камере. Лазерное излучение осциллируют с помощью модуля колебаний, встроенного в лазерную головку, с частотой 300-1000 Гц и амплитудой 0,5-5 мм. Мощность лазерного излучения изменяют программно по точкам в диапазоне 0,3-5 кВт и обеспечивают линейную скорость перемещения осциллированного лазерного излучения в диапазоне 5-50 мм/сек. Обеспечивается повышение качества формирования наплавляемых слоев. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области аддитивного производства и может быть использовано в различных отраслях промышленности при изготовлении сложных 3х-мерных изделий из титановых сплавов методом прямого лазерного выращивания.

Известен "Способ формирования металлической части на металлической подложке посредством осаждения накладываемых друг на друга слоев" патент РФ №2321678 от 10.04.2008, относящийся к способам изготовления 3-х мерных изделий посредствам технологии лазерной наплавки или прямого лазерного выращивания. Суть способа заключается в генерации лазерного излучения, направление его в зону выращивания и подаче в зону его воздействия металлического порошка. Постоянство геометрических размеров изделия обеспечивается варьированием мощности генерируемого в зону воздействия лазерного излучения таким образом, чтобы ванна расплава сохраняла свою геометрию.

В патенте РФ №2228243 "Способ и устройство для лазерной наплавки" от 10.05.2004 описана система автоматического регулирования послойной наплавки материала, содержащая лазер с возможностью регулирования мощности его излучения, средство подачи материала в ванну расплава для его плавления лазерным излучением для получения слоя наплавленного материала с заданной геометрией; системы контроля геометрии наплавляемого валика на базе оптоэлектрического чувствительного элемента и системы обратной связи, обеспечивающей автоматическое регулирование скорости процесса наплавки. Датчик системы контроля оснащен узкополосным фильтром, пропускающим отраженное от наплавленного покрытия излучение.

Недостатками данных способов является использование лазерного излучения с гауссовым распределением в поперечном сечении.

В качестве прототипа выбран патент РФ №151056 на «Устройство для лазерного спекания порошка» от 11.09.2014.

В нем приведено устройство, содержащее лазер и средство фокусирования, и средство относительного перемещения лазерного луча и поверхности спекаемого порошка, дополнительно снабжено оптической системой колебаний лазерного луча, предназначенной для последовательной установки между средством фокусирования и средством относительного перемещения. При реализации метода спекания на данном устройстве совершаются колебательные перемещения лазерного луча по двум взаимно перпендикулярным направлениям, нормальным к оси лазерного луча, которые контролируются системой управления процесса спекания, подключенной к оптической системе колебаний, выполненной в виде, в частном случае - плоского зеркала или призмы.

Недостатком метода, реализуемого на данном устройстве, является необходимость в большом количестве используемого порошка при подготовке слоя перед его спеканием во время создания изделия. Это повышает стоимость его изготовления. Мощность лазерного излучения в процессе колебания луча не меняется в разных местах обработки, это сказывается на качестве формирования слоев изделия, либо требует использования дополнительных поддерживающих опор.

Техническим результатом является изготовление 3х-мерной высокоточной заготовки из порошка титанового сплава с использованием способа прямого лазерного выращивания с повышением качеств формирования наплавляемых слоев.

Для решения задачи предложен способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава.

3D-модель изделия разбивают на слои в программном обеспечении или задают контур изделия вручную с пульта оператора, фокусируют лазерное излучение требуемой мощности в зону обработки с помощью оптической системы лазерной головки, металлический порошок подают в зону воздействия лазерного излучения (коаксиально или не коаксиально оптической оси лазерного излучения), рабочую герметичную камеру заполняют инертным газом - аргоном высшего сорта до избыточного давления, изменяют распределение лазерного излучения с использованием осциллирования лазерного излучения, мощность лазерного излучения изменяют программно по точкам.

Поставленная задача в заявляемом способе решается посредством послойного компьютерного разбиения модели изделия с шагом от 0,1 мм до 1 мм, заполнением объема рабочей герметичной камеры до избыточного давления 15 мБар, генерации лазерного излучения мощностью от 0,3 кВт до 5,0 кВт и его транспортировки в оптическую систему лазерной головки по транспортному волокну, фокусировки лазерного излучения с диаметром пятна на поверхности выращиваемой заготовки от 0,6 мм до 5 мм и осцилляции лазерного излучения с помощью модуля колебаний, встроенного в лазерную головку, с частотой от 300 Гц до 1000 Гц и амплитудой от 0,5 мм до 5 мм в зону взаимодействия с металлическим порошком (титановый сплав), подаваемым локально. Лазерная головка перемещается относительно заготовки по требуемой траектории со скоростью от 5 мм/сек до 50 мм/сек. Далее с использованием данных 3D-модели или данных программы, внесенных оператором вручную, высокоточную заготовку выращивают послойно.

Диапазоны варьирования параметров режима обусловлены следующим:

Техническим результатом заявляемого решения является изменение распределения лазерного излучения в поперечном сечении с гауссова – фиг. 1 а до равномерного. При этом при прямом лазерном выращивании высокоточной заготовки в процессе осцилляции из-за инерции компонентов модуля колебаний лазерное излучение воздействует на крайнюю область выращиваемой поверхности дольше по сравнению с промежуточной областью, обеспечивая больший вклад энергии по краям наплавляемого слоя – фиг. 1 б. В результате при прямом лазерном выращивании точных заготовок обеспечивается качественное сплавление слоев, образуя стенку с требуемой шероховатостью – фиг. 1 г, также увеличивается коэффициент захвата металлического порошка и производительность процесса выращивания. В случае же гауссова распределения (без осцилляции лазерного излучения) в процессе выращивания слои не сплавляются по краям из-за недостаточной мощности лазерного излучения, что влечет образование стенки с высоким значением шероховатости – фиг. 1 в снижение коэффициента захвата металлического порошка и производительности процесса прямого лазерного выращивания.

Способ изготовления высокоточной заготовки из порошка титанового сплава, включающий послойное выращивание заготовки на установке прямого лазерного выращивания с использованием данных 3D-модели заготовки в программном обеспечении или внесенных оператором данных программы вручную с пульта оператора, фокусировку лазерного излучения в герметичной рабочей камере в зоне обработки порошка с помощью оптической системы лазерной головки, подачу порошка в зону воздействия лазерного излучения и послойное наплавление слоев заготовки из порошка посредством перемещения осциллированного лазерного излучения, отличающийся тем, что послойное наплавление слоев заготовки из порошка ведут в заполненной аргоном до избыточного давления герметичной рабочей камере, при этом лазерное излучение осциллируют с помощью модуля колебаний, встроенного в лазерную головку, с частотой 300-1000 Гц и амплитудой 0,5-5 мм, причем мощность лазерного излучения изменяют программно по точкам в диапазоне 0,3-5 кВт и обеспечивают линейную скорость перемещения осциллированного лазерного излучения в диапазоне 5-50 мм/сек.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению вольфрамотитанокобальтовых порошков из отходов сплава Т30К4. Ведут электроэрозионное диспергирование отходов сплава Т30К4 в спирте при напряжении на электродах 110…120 В, ёмкости разрядных конденсаторов 48 мкФ и частоте следования импульсов 130...140 Гц.

Изобретение относится к металлургии, а именно к области функциональных металлических сплавов на основе титана, обладающих повышенной прочностью, упругостью и пластичностью.

Группа изобретений может быть использована при сварке изделий из титановых сплавов с проведением ультразвукового контроля полученных сварных швов. Сварочная проволока сформирована из сплава на основе титана с содержанием бора в количестве 0,05-0,20 мас.%.

Изобретение относится к получению компактных деформируемых заготовок из сплавов TiHfNi с высокотемпературным эффектом памяти формы. Способ включает гидридно-кальциевый синтез порошковой смеси при температуре 1100-1300°С в течение не менее 6 часов, после чего полученные продукты обрабатывают водой, а затем раствором соляной кислоты, затем полученный порошок консолидируют путем прессования с формированием прессовки требуемой формы, которую подвергают спеканию в вакууме при остаточном давлении не выше 10-4 мм рт.ст.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к титановым сплавам с высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Альфа-бета титановый сплав, содержащий, мас.%: алюминиевый эквивалент от 2,0 до 10,0; молибденовый эквивалент от 2,0 до 10,0; от 0,24 до 0,5 кислорода; по меньшей мере 2,1 ванадия; от 0,3 до 5,0 кобальта; необязательно, добавку для измельчения зерна, представляющую собой один или более из церия, празеодима, неодима, самария, гадолиния, гольмия, эрбия, тулия, иттрия, скандия, бериллия и бора, в общей концентрации, которая выше 0 до 0,3; необязательно, антикоррозионную добавку, представляющую собой один или более из золота, серебра, палладия, платины, никеля и иридия, в общей концентрации, которая составляет до 0,5; необязательно, олово до 6; необязательно, кремний до 0,6; необязательно, цирконий до 10; необязательно, азот до 0,25; необязательно, углерод до 0,3; остальное - титан и случайные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным титановым сплавам с альфа-бета-структурой. Альфа-бета-титановый сплав содержит, мас.%: алюминий от около 4,5 до около 5,5; ванадий от около 3,0 до около 5,0; молибден от около 0,72 до около 1,8; железо от около 0,48 до около 1,2; кислород от около 0,12 до около 0,25; кремний от около 0,10 до около 0,40; необязательно легирующий элемент, выбранный из группы, состоящей из ниобия, хрома, олова и циркония, причем общее количество легирующих элементов составляет менее около 1,0 мас.%; остальное титан и случайные примеси, при этом содержание любой из случайных примесей составляет менее около 0,1 мас.%, а суммарное количество всех примесей составляет менее около 0,5 мас.%.

Изобретение относится к титановым материалам и изделиям, таким как титановая проволока или пруток. Может использоваться в теплообменниках, использующих морскую воду, химических установках, в корпусах воздушных судов, в автомобилестроении.

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, предназначенных для изготовления корпусных конструкций атомных энергетических установок с водяным теплоносителем.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деталям газотурбинного двигателя, изготовленных из титанового сплава. Деталь газотурбинного двигателя выполнена с использованием трехкомпонентного сплава Ti-Cr-Al с массовым содержанием Cr от 6 до 9% и содержанием Al от 1 до 3% или трехкомпонентного сплава Ti-Cr-Sn с массовым содержанием Cr от 6 до 9% и содержанием Sn от 1 до 5%.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к интерметаллическим сплавам титана и алюминия, и может быть использовано для изготовления деталей летательных аппаратов и автомобилей.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения и может быть использовано для упрочнения поверхности новых деталей машин и инструмента, а также для восстановления поверхностей изношенных деталей.

Изобретение относится к лазерной системе с многолучевым выходным излучением (варианты) и способу сварки заготовок. Система представляет мультиволоконную лазерную систему, подающую выходное излучение по меньшей мере по трем волокнам, расположенным по окружности или же выходное излучение по меньшей мере четырех отдельных лазеров из одного рабочего кабеля.

Изобретение относится к способу гибридной лазерно–дуговой наплавки изделия из металла. Способ включает формирование сварочной ванны на изделии в виде подложки, детали или предыдущего наплавленного слоя одновременным воздействием электрической дуги и маломощным лазерным лучом 100-200 Вт в защитной среде.

Изобретение относится к способу лазерной сварки детали (варианты) и детали. Приводят компонент из сплошного металла в контакт с компонентом из пористого металла в зоне контакта.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в упрощении изготовления.

Изобретение относится к способу изготовления сварного соединения внахлест (варианты) и сварному соединению внахлест, имеющему улучшенный предел усталости. Часть первого стального материала, имеющего заданную толщину, и часть второго стального материала, имеющего заданную толщину, перекрывают друг друга в виде перекрывающихся частей.

Изобретение относится к станку для лазерной обработки труб и профилей. Станок содержит: рабочий орган (12) с фокусирующим устройством (18), выполненным с возможностью фокусировать лазерный луч на поверхности трубы или профиля (Т), подлежащих обработке, каретку (26), на которой установлен рабочий орган (12), и сканирующую систему (20), выполненную с возможностью сканирования по меньшей мере одного участка контура поперечного сечения трубы или профиля (Т).

Изобретение относится к способу и устройству для термической обработки и упрочнения объектов сложной формы, таких как коленчатые валы. Для повышения качества обработки объектов сложной формы способ включает стадии проецирования пучка (1) энергии, такого как лазерный пучок, на поверхность объекта (1000), приведения в действие сканера (2) для повторяемого сканирования пучком (1) с целью перемещения первичного пятна (11) в соответствии с первым маршрутом сканирования для формирования на объекте действующего пятна (12) и перемещения указанного действующего пятна (12) относительно поверхности объекта (1000).

Изобретение относится к инструментальному производству, а именно к технологии лазерного восстановления инструментальных сталей, и может быть использовано при изготовлении и ремонте деталей технологической оснастки и инструмента, в частности зубьев фрез.

Изобретение относится к сварке металлоконструкций, в частности к сварке продольных швов сформованной цилиндрической заготовки, и может быть использовано при производстве стальных сварных труб большого диаметра с толщиной стенки от 12 до 25 мм и выше до 50 мм с внутренним и наружным плакирующими слоями.

Группа изобретений относится к изготовлению конструктивных элементов из дуплексной стали с аустенитной фазой в форме зерен, включенной в ферритную матрицу. Порошкообразный исходный материал, изготовленный из дуплексной стали и содержащий аустенитную и ферритную фазы и дополнительные легирующие элементы, слоями наносят на носитель, каждый отдельный слой подвергают воздействию лазерного пучка и отверждают с обеспечением постепенного формирования конструктивного элемента.

Изобретение относится к изготовлению высокоточной заготовки из порошка титанового сплава. Способ включает послойное выращивание заготовки на установке прямого лазерного выращивания с использованием данных 3D-модели заготовки в программном обеспечении или внесенных оператором данных программы вручную с пульта оператора, фокусировку лазерного излучения в герметичной рабочей камере в зоне обработки порошка с помощью оптической системы лазерной головки, подачу порошка в зону воздействия лазерного излучения и послойное наплавление слоев заготовки из порошка посредством перемещения осциллированного лазерного излучения. Послойное наплавление слоев заготовки из порошка ведут в заполненной аргоном до избыточного давления герметичной рабочей камере. Лазерное излучение осциллируют с помощью модуля колебаний, встроенного в лазерную головку, с частотой 300-1000 Гц и амплитудой 0,5-5 мм. Мощность лазерного излучения изменяют программно по точкам в диапазоне 0,3-5 кВт и обеспечивают линейную скорость перемещения осциллированного лазерного излучения в диапазоне 5-50 ммсек. Обеспечивается повышение качества формирования наплавляемых слоев. 1 ил., 1 табл.

Наверх